Подходит ли Bluetooth 3.0 для сети с несколькими подчиненными устройствами?

У меня есть доска регистрации данных с SIM808 на нем. Он имеет возможность Bluetooth 3.0 на SIM808. Сама плата реализует систему управления батареями, способную выполнять измерения веса, влажности и температуры, а также может обнаруживать смещения устройства. Все собранные данные передаются по GPRS-соединению на удаленный сервер.

Само устройство может быть установлено в ульи, но не будет экономически эффективным иметь SIM-карту для сотен ульев. Так что это будет действовать только как мастер , у которого есть возможности регистрации данных, а также возможности GPRS.

Таким образом, я планирую реализовать ведомые платы без модулей SIM808. Таким образом, вместо SIM808 необходим простой модуль беспроводной связи для обеспечения локальной беспроводной связи между ульями.

Мастер будет запрашивать данные у всех ведомых, а затем передавать все через GPRS.

Это должно выглядеть так, только с сотней ульев:

Теперь о возможностях локальной беспроводной связи:

1. Bluetooth, как я уже сказал, на главном устройстве уже есть Bluetooth 3.0. Но я не совсем уверен, что Bluetooth - это правильный способ запрашивать сотню ведомых на 1 кБ данных.
2. Ведущее устройство имеет шину I2C, поэтому я могу подключить совместимый с I2C ZigBee или другой RF-модуль, который также может быть добавлен к ведомым платам.

Сбор данных от ведомых не будет превышать 1 кБ / запрос.

В общем, могу ли я оставаться в Bluetooth или мне следует добавить ZigBee, например, на мои устройства или есть другие варианты?

Еще несколько деталей:

• дальность макс 30 метров
• Кроме того, поскольку устройства питаются от батареи, было бы неплохо решение с низким энергопотреблением.
• мастер будет выполнять запрос каждые 15 минут

Главная цель - сделать так, чтобы мастер мог эффективно запрашивать ведомые устройства, и это должно быть сделано без изменения печатной платы мастера . Две возможности: Bluetooth 3.0, который уже доступен для мастера, или другие технологии, которые я могу подключить к мастер-плате через шину I2C встроенного MCU. (Я не настаиваю на использовании Bluetooth, это была отправная точка, потому что у меня уже был BT 3.0 от SIM808.)

В качестве альтернативы может быть целесообразно рассмотреть беспроводной Hart (Highway Addressable Remote Transducer) . Это технология Smart Mesh с частотой 2,4 ГГц (безлимитный частотный диапазон), использующая стандарт 802.15.4. WHart использует технологию расширенного спектра прямой последовательности и нуждается как минимум в трех основных компонентах. А именно беспроводные устройства, шлюз и сетевой менеджер.

_{Нажмите на изображение, чтобы увеличить версию изображения.}

Дополнительно, в зависимости от сети, могут быть добавлены диспетчер безопасности, адаптеры и портативные терминалы.

Пылевая сеть предлагает опцию SOC, и некоторые из них имеют интерфейс I2C. Прикрепите ниже ссылки на некоторые таблицы. К сожалению, мои знания об этой технологии довольно ограничены, поэтому требуют дальнейших исследований.

Ссылки

1. LTP5901-IPM / LTP5902-IPM
2. WirelessHART - как это работает

С точки зрения энергопотребления Bluetooth 3.0 не выглядит приемлемым выбором, учитывая ваши ограничения.

Предположим, что вы хотите передавать данные в течение 2 секунд каждую минуту, а затем спать в течение остального времени. Учитывая ваши требования к дальности 30 метров, вам, вероятно, потребуется использовать Bluetooth-радио класса 1 :

Класс 1, в основном для промышленных случаев, [имеет дальность действия до] 100 метров (300 футов). Bluetooth Marketing определяет, что дальность класса 1 в большинстве случаев составляет 20–30 метров (66–98 футов)

Я предположил бы, что более низкий диапазон будет иметь место в ситуациях, когда не было четкого пути для радиопередач, и, возможно, в сложных условиях радиосвязи. Снаружи, я думаю, это не проблема.

Итак, если предположить, что вышеизложенное верно: вы будете передавать в течение 1/30 часа, примерно на 100 мВт в течение фазы передачи.

Следовательно, в час вы будете потреблять примерно 0,00333 Втч энергии. Для сравнения, «долговечная» щелочная батарея типа АА хранит около 2,6 Втч энергии . Таким образом, ваша батарея будет длиться около 30 дней с Bluetooth 3.0 , который не очень плохо, но могло быть намного лучше.

Все эти расчеты очень грубые, но они должны быть на уровне, если предположения верны. EE Times предполагает, что 5% времени передачи находится на верхнем уровне, и моя оценка в 2 секунды в минуту составляет примерно 3,33%.

Bluetooth Low Energy (BLE) может быть более жизнеспособным; на этой странице предлагается мощность 10 мВт для диапазона 77 м, что позволило бы увеличить срок службы батареи до 1 года (точнее 325 дней!). Однако для этого потребуется новое оборудование, что, по общему признанию, является недостатком.

Как я уже упоминал в комментарии, такой вид установки идеально подходит для ячеистой сети, и это должно значительно снизить ваши требования к дальности, поскольку вам не придется передавать 30 метров до концентратора, всего 2 или 3 метра до следующего улья. , В этом случае вам, вероятно, удастся использовать гораздо менее мощное радио, которое сэкономит заряд батареи.

Возможно, стоит рассмотреть один из ячеистых протоколов, таких как ZigBee или новый протокол BLE Mesh , который хорошо подойдет для вашего варианта использования.

У меня есть документ, подтверждающий, что некоторые аспекты BLE с низким энергопотреблением являются ответом на вопрос. В чем разница между Bluetooth Low Energy и Bluetooth BR / EDR в режиме парковки? , Вот предложение.

Похоже, SIM808 имеет последовательный интерфейс. Поэтому я предлагаю интегрировать модуль SIM808 с двухрежимным BLE класса 1, таким как KC-5170 . Я думаю, что вы также можете использовать BLE в одном режиме.

Последовательный интерфейс SIM808

KC5170 Последовательный интерфейс

Приведенная выше конфигурация представляет собой ведущее устройство с однорежимными устройствами BLE Class 1 в качестве подчиненных устройств.

Я предлагаю использовать BLE Class 1 Single модуль, такой как BR-LE4.0-S2A . Я считаю, что неограниченное количество рабов может быть подключено к хозяину (необходимо подтверждение)

Также ниже приведена упрощенная блок-схема двойного и одиночного режима BLE.

График энергопотребления BLE

Я предлагаю прочитать ссылки для получения дополнительной информации.

Обновление (22.01.2017) : Основываясь на предоставленной информации, не слишком уверен, что доступные GPIO, SPI бита может быть другой вариант для подключения к модулю BLE на основе SPI. Базовое учебное пособие по I2C прилагается для ознакомления.

Другой вариант - использовать BLE SOC, например TI CC2640 , который поддерживает I2C. Компромисс - устройство класса 2.

_{Нажмите на изображение, чтобы увеличить версию изображения.}

Ссылки

• В чем разница между Bluetooth Low Energy и Bluetooth BR / EDR в режиме парковки?
• Почему гарнитуры Bluetooth получают помехи (прерывистое качество звука) на открытом воздухе?
• Учебное пособие по битованию в I2C: Часть I
• Bluetooth 4.0: введение в Bluetooth с низким энергопотреблением - часть I
• Bluetooth 4.0: введение в Bluetooth с низким энергопотреблением - часть II
• Измерение энергопотребления Bluetooth® с низким энергопотреблением
• Технические соображения для разработчиков приложений Bluetooth с низким энергопотреблением